- OLED技術的優(yōu)缺點
- 被動矩陣顯示器電源升壓轉換器
- 主動矩陣顯示器正負偏壓電源供應
- 電感式升壓轉換器應用被動矩陣顯示器
- 在電路中整合光敏晶體管
- 固定開關頻率減小畫面失真和交互耦合效應
功能先進的顯示器漸成為現(xiàn)今消費電子產品的重要特色,這些新型顯示器所發(fā)揮的作用,通常會強化使用者對于整體產品的印象,而這樣的印象最終會決定該產品在市場上會多成功。使用者在面對行動電話和口袋型計算機時,對新型顯示器的印象尤為重要,因為高分辨率彩色屏幕已成為這些產品的必備功能。
多種新型顯示技術正擴大其市場占有率,包括新出現(xiàn)的OLED顯示器在內,它們擁有超高的對比值、快速的響應時間和寬廣的視角。就像其它新技術一樣,廠商正利用不同的LED材料(聚合物或小分子)、主動或被動矩陣控制、電流和電壓驅動技術,以及不同的偏壓供應電路來評估和制造不同的解決方案。
本文將討論各種OLED技術和適當?shù)钠珘弘娫垂娐?而關于OLED技術和驅動方法的選擇,也會影響電源供應電路的需求。工程師所面臨的挑戰(zhàn)為如何選擇最適當?shù)碾娫垂娐?以便支持電池供電型可攜式裝置,以及特定OLED顯示器的需求。
OLED技術的優(yōu)缺點
內廣視角及良好的色彩飽和度是OLED顯示器的主要優(yōu)點,它在這方面遠勝過液晶顯示器等其它技術；除此之外,OLED顯示器也是一種自發(fā)光技術,因此不但不需要背光照明,還能提供比液晶顯示器更快的響應時間以支持多媒體應用。目前市場上的OLED材料有兩種,分別是小分子和發(fā)光聚合物；相較于標準LED,這兩種技術的電路參數(shù)都很類似,它們的發(fā)光強度是由LED順向偏壓電流決定,液晶顯示器的像素亮度則是由加在液晶像素的電壓決定。
OLED顯示器的另一項優(yōu)點是它能使用現(xiàn)有的基板技術,這和薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器的基板技術完全相同,主動矩陣OLED顯示器可以使用非晶硅(a-Si)或低溫多晶硅(LTPS)的TFT基板。
現(xiàn)有OLED技術的主要挑戰(zhàn)之一是它的壽命時間,這項限制源自于RGB色彩的衰減速度并不相同,特別是當大部份顯示內容為白色時,它需要這三種原色同時發(fā)出相同的亮度。受到這些色彩限制的影響,單色顯示器就成為市場上最早出現(xiàn)的顯示器,全彩顯示器只用于在產品壽命期限的多數(shù)時間內會將顯示器關掉的應用。
第一種全彩顯示器用于數(shù)字相機,但對于使用電池的可攜式產品來說,全彩顯示器仍有其問題。OLED顯示器在功耗上必須與液晶顯示器競爭,對于不需要為液晶顯示器提供背光照明的應用,它的功耗遠低于OLED顯示器。如果啟動液晶顯示器的背光照明,則會根據(jù)顯示內容來決定OLED是否需要較多的功耗；如果顯示內容大部份是白色,OLED的功耗仍會超過液晶顯示器,但隨著「白色」畫面內容逐漸減少,功耗差別將不再是問題。
在戶外使用OLED顯示器是OLED技術的另一項挑戰(zhàn)。由于這種屏幕受到光子撞擊時會開始發(fā)光,所以在戶外使用OLED顯示器時,畫面對比會降低,可讀性也跟著變差。
OLED技術層面的缺點使它們目前較適合可攜式裝置的小型屏幕,但隨著這項技術逐漸成熟,也能應用于大型顯示器。短期而言,筆記型計算機或桌上顯示器對于OLED是過于困難的挑戰(zhàn),因為在顯示大量「白色」圖片內容時,RGB色彩會出現(xiàn)不同的老化速度。但在電視機面板應用上,OLED的未來技術卻極有展望,因為這類應用不需要顯示大量的「白色」圖片內容。
被動矩陣顯示器需要一組電源升壓轉換器
矩陣OLED屏幕是目前的市場主流,主要用于行動電話,大多數(shù)做為貝殼型手機的外屏幕。對于仍在初期階段的OLED技術來說,這些單色或雙色被動矩陣顯示器是最理想的應用對象。圖1是這類顯示器的簡單示意圖,它的尋址方式非常類似標準的被動矩陣液晶顯示器。主要區(qū)別在于OLED是一種電流驅動型裝置,因此OLED顯示器的驅動電路就和液晶顯示器有所不同。
圖1：被動矩陣OLED顯示器的簡單示意圖
被動矩陣OLED顯示器需要一組正電壓來做為它的電源或偏壓,這組正電壓和液晶顯示器所使用的電壓非常類似,它必須提供低功耗和高效率,解決方案的體積也要很小。隨著顯示器尺寸和分辨率不同,OLED驅動組件需要15V到20V之間的電壓,因此電感式升壓轉換器是最理想的解決方案。[page]
圖2：升壓轉換器將OLED顯示器的輸入與輸出隔離
輸入端與輸出端的電氣隔離是OLED偏壓電源供應的另一項重要要求,這在選擇電源供應時非常重要。標準升壓轉換器所用的蕭特基二極管,會提供一條從輸入到輸出的直接路徑,使輸出電壓大約等于輸入電壓；但若應用系統(tǒng)需要開機或關機的電源順序功能,或是將關機模式的泄漏電流減至最小,這個路徑就會成為問題來源。圖2所示組件利用內建MOSFET開關切斷輸入和輸出之間的聯(lián)機。
主動矩陣顯示器需要正負偏壓電源供應
若應用需要較高分辨率、較大顯示面積、更高對比和快速反應時間,它們可以使用圖3所示的主動矩陣OLED顯示器。
圖3：主動矩陣顯示器的簡單示意圖
OLED像素的導通和尋址是由主動開關控制,這個開關則由薄膜晶體管擔任,它的制造技術和TFT液晶顯示器完全相同：電流源已經簡化到只需要一個MOSFET與OLED串聯(lián)。有些設計會使用電壓驅動架構,有些則采用電流驅動架構,所有設計都需要二至四顆,甚至更多的整合式薄膜晶體管。
為了克服不同顏色OLED像素的不同老化速度問題,某些解決方案會在電路中整合一顆光敏晶體管,由它來設定較大的OLED電流,避免像素亮度隨著時間減弱。低溫多晶硅(LTPS)基板的組件結構較小,因此若工程師想在基板上做出更多的主動組件,這將是一項優(yōu)點。目前這種基板所用的技術有兩種,分別是低溫多晶硅和非晶硅。
除了提供正負電壓做為視頻訊號驅動器的電源之外,主動OLED顯示器的偏壓電源供應電路還必須提供偏壓,讓列選擇(rowselect)薄膜晶體管能夠導通和截止。由于偏壓的電壓值很高,所以電感性升壓轉換器是最合適的解決方案。為了將解決方案的體積減至最小,圖4所示的完全整合式升壓轉換器,除了會提供正電壓之外,還利用反相器來提供負電壓。
圖4：單顆組件同時提供正電壓和負電壓
為了將關機模式的泄漏電流減至最少,同時替正電壓提供電源順序功能,圖4中的組件會控制另一顆采用SOT-23或更小封裝的外接MOSFET晶體管(Q1)。這顆組件使用鋰離子電池做為輸入電源(2.7V至5.5V),并提供高達+15V和-15V的輸出電壓,以及整合式800mA/2A的開關限流功能,使得輸出電流最高可達200mA。
欲提供電源給OLED顯示器,輸出電壓漣波必須很小,開關頻率也必須固定,才能將OLED顯示器的畫面失真和交互耦合效應減至最少。就此而言,采用1.38MHz固定頻率PWM機制的TPS6513x,正是提供電源給OLED顯示器的理想選擇。雖然在負載電流范圍內,提供高精確度的穩(wěn)壓輸出對于電壓驅動的液晶顯示器特別重要,但它對于電流驅動的OLED顯示器并不會構成太大問題。
有些顯示器在戶外使用時需要較大的電流,在室內則可將電流減少,它們還必須在很寬廣的負載電流范圍內提供很高的電源效率。由于標準升壓轉換器只能在目標負載電流下實現(xiàn)最佳效率,因此TPS65130還另外提供一種可由使用者選擇的「省電模式」,它能將開關頻率和靜態(tài)電流降低,使得組件在整個負載電流范圍內都能維持很高的工作效率。
隨著OLED技術逐漸成熟,它的市場占有率也會不斷上升,這種技術在手機、數(shù)字相機和口袋型計算機屏幕的應用潛力都很驚人。主動矩陣顯示器將來可能取代被動矩陣顯示器成為市場主流,OLED顯示器驅動組件也會變得更先進,OLED偏壓電源供應電路則將開始微小化和特殊化,這在本文所介紹的部份解決方案中都曾加以討論。對于電源供應組件技術,主要挑戰(zhàn)則在于如何同時提供高效率和最小體積的解決方案。
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